(57)【要約】【課題】可動スクロールの軸方向支持力を軽減し、入力を下げ高エネルギ効率にする。【解決手段】可動スクロール２背面の軸受けホルダー４に配置された環状シール部材を内側環状部１０ａと外側環状部１０ｂと両環状部を繋ぐ複数の放射状仕切り部１０ｃで構成するとともに、これらに囲まれた複数の制御背圧室１１を形成し、可動スクロールの背面には前記複数の制御背圧室に高圧を導入する内側連通路１２と低圧に開放する外側連通路１３を設け、圧縮ガス力等による可動スクロールの転覆モーメントを打ち消す方向の前記制御背圧室に内側連通路を間欠的に連通させて高圧とし、その他の仕切り室は前記外側連通路と連通させて低圧となるようにしてあり、可動スクロールに作用する軸方向支持反力は低く均一化され、摺動損失が小さくなるので高エネルギ効率のスクロール圧縮機となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻き状のハネを有する固定スクロールと、前記固定スクロールと対となり圧縮室を形成する渦巻き状のハネを有し旋回運動をする可動スクロールと、前記可動スクロールを駆動するシャフトと、前記シャフトを支持するとともに前記可動スクロールの背面と対向する面に環状シール溝を有する軸受けホルダーと、前記環状シール溝内に軸方向に移動可能に配置した環状シール部材とを備え、前記環状シール部材の中央部に高圧を導入する構成としたスクロール圧縮機であって、前記環状シール溝および前記環状シール部材は、内側環状部と外側環状部と両環状部を結ぶ複数の放射状仕切り部からなり、これら内側環状部と外側環状部と放射状仕切り部によって周囲を囲まれて形成される複数の制御背圧室は、前記可動スクロールの背面に設けられて旋回運動により高圧を導入する内側連通路と低圧に開放する外側連通路に間欠的に順次連通する構成としたスクロール圧縮機。
【請求項２】
放射状仕切り部は可動スクロールの旋回方向に対し逆向き方向に傾斜した形態とした請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
内側連通路は旋回スクロールの概ね偏芯方向から旋回方向とは反対側で直角方向までに位置する制御背圧室と連通する構成とした請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
外側連通路は旋回スクロールの概ね偏芯方向から旋回方向とは反対側で直角方向までに位置する制御背圧室を除いたその他の制御背圧室と連通する構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
複数の制御背圧室のうち少なくとも１箇所の面積は他の制御背圧室より大きく形成されている構成とした請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項６】
内側連通路と外側連通路は長溝形状であり、その幅は環状シール部材の幅よりも小さく構成した請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項７】
内側連通路と外側連通路は斜め長孔突合せ形状であり、その孔幅は環状シール部材の幅よりも小さく構成した請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項８】
内側連通路と外側連通路は同一の制御背圧室に同時に連通することがない配置とした請求項１〜７のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種冷凍装置に使用、特に空調・給湯用装置に好適なスクロール圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のスクロール圧縮機は可動スクロールを固定スクロール側に付勢して旋回運動をさせるにあたり、可動スクロールの背面に隣接した軸受けホルダーに環状のシール溝を設け、その中に環状シール部材を軸方向に移動可能に挿入して、環状シール部材の内部に高圧を導入している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図９は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の断面を示すものである。図９に示すように、渦巻き状のハネを有する固定スクロール１と、前記固定スクロール１と対のハネを有し偏芯して旋回運動する可動スクロール２と、可動スクロール２を駆動するシャフト３と、前記シャフト３を軸受け支持し、可動スクロール２を背部から旋回自在に覆って閉塞する軸受けホルダー４と、前記軸受けホルダー４の可動スクロール２の背面に隣接する面に設置された環状シール溝５と、その中に軸方向に移動可能で外周部と可動スクロール２の背面との接触部でシールするように配置された環状シール部材６から構成されている。図１０は前記環状シール部材６と偏芯して旋回運動する可動スクロール２の位置関係を示す平面図である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１７８７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、図１１に示すように可動スクロール２に作用する圧縮ガスの半径方向力Ｆｔが、可動スクロール２を固定スクロール１から軸方向支持点が離脱するいわゆる転覆させる方向のモーメントとして作用するため、可動スクロール２の背面には前記圧縮ガス力の軸方向の内力Ｆｉに加え、前記転覆モーメントによる可動スクロール２の固定スクロール１からの離脱を防止するために、可動スクロール背面には環状シール部材６の内部に高圧を作用させた軸方向力Ｆｂ１と、前記環状シール部材の外側には低圧にして軸方向力Ｆｂ２を作用させている。そして、環状シール部材６の径を大きくする等によりその合力（Ｆｂ１、Ｆｂ２）を大きくして加える必要がある。その結果、固定スクロール１と可動スクロール２の軸方向支持反力Ｆｔｈ１、Ｆｔｈ２のうち前記転覆モーメントの作用する断面においてＦｔｈ１は大きな値となり、摩擦損失の増加のよるエネルギ効率の低下や、摩耗の原因となるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、可動スクロールの背面に隣接した軸受けホルダーに設置する環状シール部材の形状を革新し、前記転覆回転モーメントに対坑した背圧分布を形成可能に構成して、高効率で摩耗の少ないスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、可動スクロールの背面に隣接した軸受けホルダーに形成された環状シール溝内の環状シール部材を軸方向に浮上させ中央に高圧を導入して可動スクロールを固定スクロールの方向に付勢する構造にお
いて、環状シール部材を内側環状部と外側環状部と内外環状部を繋ぐ複数の放射状仕切り部により複数の制御背圧室を形成した形態とし、可動スクロールの背面には前記複数の制御背圧室の各々に対応させて高圧ガスを導入する内側連通路と低圧側に高圧力を開放する外側連通路を設け、圧縮ガス力による可動スクロールの転覆モーメントを打ち消す方向に位置する前記制御背圧室に可動スクロールの旋回運動により前記内側連通路を連通させて順次高圧とし、その他の制御背圧室は前記外側連通路と連通させて低圧とするように構成したものである。
【０００８】
これによって、可動スクロールを転覆させるモーメントは前記制御背圧室の転覆モーメント方向の制御背圧室を高圧とし、その他を低圧の圧力分布にすることにより打ち消される形態となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のスクロール圧縮機では、可動スクロールに作用する転覆モーメントが打ち消される為固定スクロールと可動スクロールの軸方向支持反力Ｆｔｈ１を小さくすることができ、結果均一で小さな支持反力にできる為、摺動損失が少なくなり高効率で摩耗の少ない構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の圧縮部を示す断面図
【図２】同スクロール圧縮機の制御背圧室付環状シール部材と可動スクロールの位置関係を説明する平面図
【図３】同スクロール圧縮機の制御背圧室内の一回転中の圧力変化の説明図
【図４】同スクロール圧縮機の制御背圧室への連通状態の変化を説明する平面図
【図５】同スクロール圧縮機の可動スクロールに作用する軸方向支持反力の説明図
【図６】同スクロール圧縮機の制御背圧室付環状シール部材と可動スクロールの位置関係を説明する平面図
【図７】本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の連通路の形状を説明する断面図
【図８】同スクロール圧縮機の可動スクロールに作用する軸方向支持反力の一回転中の変化説明図
【図９】従来のスクロール圧縮機の圧縮部を示す断面図
【図１０】同スクロール圧縮機の制御背圧室付環状シール部材と可動スクロールの位置関係を説明する平面図
【図１１】同スクロール圧縮機の可動スクロールに作用する力を説明する圧縮部の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、渦巻き状のハネを有する固定スクロールと、前記固定スクロールと対となり圧縮室を形成する渦巻き状のハネを有し旋回運動をする可動スクロールと、前記可動スクロールを駆動するシャフトと、前記シャフトを支持するとともに前記可動スクロールの背面と対向する面に環状シール溝を有する軸受けホルダーと、前記環状シール溝内に軸方向に移動可能に配置した環状シール部材とを備え、前記環状シール部材に囲まれた中央部に高圧を導入する構成としたスクロール圧縮機であって、前記環状シール溝および前記環状シール部材は、内側環状部と外側環状部と両環状部を結ぶ複数の放射状仕切り部からなり、これら内側環状部と外側環状部と放射状仕切り部によって周囲を囲まれて形成される複数の制御背圧室は、前記可動スクロールの背面に設けられて、旋回運動により高圧を導入する内側連通路と低圧に開放する外側連通路に間欠的に順次連通する構成としてある。
【００１２】
これにより、可動スクロールに作用する圧縮ガスによる転覆モーメントを打ち消す方向に制御背圧室の圧力を制御することが可能となって、可動スクロールに作用する軸方向支持反力を小さくすることができ、摺動損失が少なくなり、高エネルギ効率の圧縮機にすることができる。
【００１３】
第２の発明は、特に、第１の発明の放射状仕切り部は前記可動スクロールの旋回方向に対し逆向き方向に傾斜した形態としたものであり、制御背圧室の圧力分布を前記転覆モーメントの解消の為に有効な形状にすることができる。
【００１４】
第３の発明は、特に、第１または２のいずれか１つの発明の内側連通路を旋回スクロールの概ね偏芯方向から旋回方向とは反対側で直角方向までに位置する制御背圧室と連通する構成としてあり、転覆モーメントを打ち消すために有効な位置の制御背圧室を高圧に制御することができる。
【００１５】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の外側連通路を旋回スクロールの概ね偏芯方向から旋回方向とは反対側で直角方向までに位置する制御背圧室を除いたその他の制御背圧室と連通する構成としてあり、転覆モーメントを打ち消すために有効な位置の制御背圧室を低圧に制御することができる。
【００１６】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の複数の制御背圧室のうち少なくとも１箇所の面積は他の制御背圧室より大きく形成した構成としてあり、一回転中の転覆モーメントが最大となる回転角度にその位置を合わせることでより均一な軸方向支持反力にすることができる。
【００１７】
第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の内側連通路と外側連通路の少なくともいずれか一方は長溝形状であり、その溝幅を前記環状シール部材の断面幅よりも小さい構成としたものであり、シール部材が溝を横切る際にシール部材が摩耗する危険性を少なくすることができる。
【００１８】
第７の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の内側連通路と外側連通路の少なくともいずれか一方は斜め長孔突合せ形状であり、その孔幅を前記環状シール部材の断面幅よりも小さい構成としたものであり、シール部材が孔を横切る際にシール部材が摩耗する危険性を少なくすることができる。
【００１９】
第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明の前記内側連通路と前記外側連通路は同一の制御背圧室に同時に連通することがない配置としたものであり、圧縮機の停止後高圧ガスが低圧側に流出し続けることがないようにすることができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の断面図である。
【００２２】
図１において、渦巻き状のハネを有する固定スクロール１と、前記固定スクロール１と対のハネを有し偏芯して旋回運動する可動スクロール２と、前記可動スクロール２を駆動するシャフト３と、前記シャフト３を径方向に軸受け支持し、可動スクロール２を旋回自在に背部から覆って閉塞する軸受けホルダー４と、前記軸受けホルダー４の可動スクロール２の背面２ｃと対向する面４ａに設置された環状シール溝９と、その中に前記環状シール溝内の外径部及び前記可動スクロール２の背面２ｃと接触し漏れを防止するために軸方
向に移動可能に配置された環状シール部材１０から構成されている。
【００２３】
環状シール部材１０は図１及び図２に示すように、内側環状部１０ａと外側環状部１０ｂと、両環状部を連結し放射状に構成された放射状仕切り部１０ｃから構成され、内部には複数の仕切られた空間である制御背圧室１１が形成されている。環状シール溝９は前述した複合化された環状シール部材１０の形状に対応した形状としてある。
【００２４】
一方、前記可動スクロール２の背面２ｃには複数の内側連通溝１２と複数の外側連通溝１３が形成され、前者は前記環状シール部材１０の中央背圧室７に導入された高圧ガスを前述した制御背圧室１１に間欠的に導入する溝となっており、後者は前記制御背圧室１１の高圧ガスを環状シール部材１０の外側に位置する外側背圧室８に開放する溝となっている。上記両連通溝の幅は環状シール部材１０を損傷させないように環状シール部材１０の幅より狭くし、エッジ処理が施されている。
【００２５】
図２は前述した軸受けホルダー４に設置された環状シール部材１０の具体形状と破線で示した可動スクロール２とその旋回運動による前記内側連通溝１２および外側連通溝１３との位置関係を説明する平面図であり、この図において旋回スクロール２は軸受けホルダー４に対し右方向に偏芯した状態を示している。
【００２６】
前記環状シール部材１０の放射状仕切り部１０ｃは前記可動スクロール２の旋回方向に対し逆向き方向に傾斜した形態として制御背圧室１１の圧力分布を前記転覆モーメントの解消の為に有効な形状にしている。この実施例は４個の制御背圧室１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄで構成した場合を示し、この図において右上の制御背圧室１１Ａには前記内側連通溝１２Ａが連通した状態を示しており、高圧となっている。制御背圧室１１Ｃ、１１Ｄには外側連通溝１３Ｃがまたがって連通しており、低圧にしている。また、制御背圧室１１Ｂにはこの位置ではいずれの導入溝も連通していないが、仕切り部の漏れにより徐々に低圧になる。このように、前記内側連通溝１２と前記外側連通溝１３は同一の制御背圧室１１に同時に連通することがない配置にすることにより圧縮機の停止後高圧ガスが低圧側に流出し続けることがないようにしている。
【００２７】
図中の矢印Ｆｔ、Ｆｒは圧縮ガスにより可動スクロール２に作用するガス力の方向を示し、Ｆｃは可動スクロール２の旋回運動による遠心力である。基本的に可動スクロール２の径方向には上記３つの力の合力が作用する。従来例で説明したように、上記合力により可動スクロール２を固定スクロール１から一方の軸方向支持部が離脱する方向に転覆モーメントが作用するが、その方向に位置する上記制御背圧室１１Ａを高圧にし、その他の制御背圧室１１を低圧にする、すなわち、上記転覆モーメントを打ち消す方向に偏芯した圧力分布が形成されるように構成してある。
【００２８】
図３は前記制御背圧室１１Ａの一回転中の圧力変化を示す。図２Ｘ−Ｘ軸左側を基点としてシャフトが角度π回転したところで前述したように制御背圧室１１Ａの内側連通溝１２Ａが連通する為、圧力は低圧から高圧に上昇する。その後π／４回転すると内側連通路１２Ａが連通しなくなる為、この空間の圧力は序所に減圧し、低圧に移行する。
【００２９】
図４は可動スクロール２の一回転（旋回）中、高圧となる制御背圧室１１の移動の状態を示している。基準として示した圧縮ガス力Ｆｔの方向に対応して高圧となる制御背圧室１１が順次移動していく様子がわかる。
【００３０】
この結果、図５に示すように図２のＹ−Ｙ断面において可動スクロール２に作用する力の分布は制御背圧室１１Ａが高圧、制御背圧室１１Ｃが低圧の為それぞれに作用する背圧力ＦｂＡ、ＦｂＣの力の差からガス力Ｆｔに代表される転覆モーメントが打ち消され、軸
方向支持反力Ｆｔｈ１とＦｔｈ２はほぼ同じ程度になる。
【００３１】
（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態のスクロール圧縮機における環状シール部材１０の形状と内側連通路２０、外側連通路２２の形態、配置を示す平面図である。
【００３２】
一般的にスクロール圧縮機では一回転中に圧縮ガス力の大きさは圧力条件により異なるが、ある角度で最大値を持ち、その角度で転覆モーメントも最大となる為、本実施例では前述した最大値となる方向の制御背圧室１１Ａの面積をその他の制御背圧室１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄに比べ大きく設計したものである。
【００３３】
図７は内側連通路２０、外側連通路２２を形成するにあたり、二方向からの長孔突合せ形状にドリル加工により形成したものである。この形態により環状シール部材１０が前記連通路を横切る時、連通路が溝形状の場合に比べ穴の場合には横切る機会が大幅に短縮できるため環状シール部材１０を摩耗させる危険性が少なくなる。また、シール部材が横切る側の孔幅は環状シール部材のシール断面幅に比べ小さく構成し、より損傷しないように配慮してある。
【００３４】
図８は本第２の実施の形態による一回転中の軸方向支持反力Ｆｔｈ１、Ｆｔｈ２の変化を従来の圧縮機の場合と比較したものである。この図から、Ｆｔｈ１は従来に比べ大幅に低減されＦｔｈ２と略同等レベルになっているとともに一回転中の絶対値変動も少ないことが判る。
【００３５】
以上上記各実施の形態では制御背圧室の数が４個の場合の実施例について説明したが、２個以上であればよい。また、内側連通路、外側連通路についても形状が放射状長溝と長孔突合せ形状について述べたが、その他の類似形状や連通路の個数を変更しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、可動スクロールに作用する軸方向支持反力を小さくすることが可能となるので摺動損失が少なくなり、高エネルギ効率の圧縮機にすることが出来、ルームエアコンをはじめカーエアコンや給湯器等の分野の用途にも適用できる。特に圧縮圧力が高圧になる二酸化炭素ガスを冷媒として用いる機器に好適である。
【符号の説明】
【００３７】
１  固定スクロール
２  可動スクロール
４  軸受けホルダー
７  中央背圧室
８  外側背圧室
９  環状シール溝
１０  環状シール部材
１０ａ  内側環状部
１０ｂ  外側環状部
１０ｃ  放射状仕切り部
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ  制御背圧室
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ  内側連通路
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ  外側連通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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